Verschiedene Varianten mit `const`

Allgemeines

Mit C++20 haben wir vier Schlüsselwörter, die alle mit const beginnen:

Abbildung 1: Verschiedene Varianten mit const.

const deklariert ein Objekt als konstant. Das heißt, dass sich der Wert dieses Objekts nach der Initialisierung nicht mehr ändert. Der Compiler kann diese Tatsache für Optimierungen nutzen.
Es verhindert außerdem, dass der Programmierer Code schreibt, der Objekte ändert, die nach der Initialisierung nicht mehr geändert werden sollten.
const impliziert keine Auswertung zur „Übersetzungszeit”. Der Compiler kann den Code optimieren und dies tun, aber im Allgemeinen werden const-Objekte zur Laufzeit initialisiert:

constexpr teilt dem Compiler mit, dass dieser Ausdruck zu einem berechenbaren konstanten Wert zur Übersetzungszeit führt, sodass er an Stellen wie Array-Längen und Zuweisungen zu konstanten Variablen etc. verwendet werden kann.
constexpr erlaubt es explizit zur Übersetzungszeit zu programmieren und dies in der vertrauten C++–Syntax.
Mit dem Schlüsselwort constexpr lässt sich ein Ausdruck definieren, der zur Übersetzungszeit evaluiert werden kann.
constexpr lässt sich für Variablen, Funktionen, aber auch für benutzerdefinierte Typen (Klassen, Strukturen) verwenden.
Ein zur Übersetzungszeit evaluierter Ausdruck besitzt viele Vorteile. So sind constexpr Variablen und auch Instanzen von benutzerdefinierten Typen automatisch thread-sicher und können im ROM gespeichert werden.
constexpr Funktionen werden zur Übersetzungszeit ausgeführt, so dass deren Ergebnisse direkt zur Laufzeit zur Verfügung stehen

consteval kann nur auf Funktionen angewendet werden und erzwingt, dass alle Aufrufe zur Übersetzungszeit erfolgen.
Mit consteval werden sogenannte Immediate-Functions erzeugt. Jeder Aufruf einer solchen Funktion erzeugt eine Übersetzungszeit-Konstante. Oder einfacher ausgedrückt: Eine consteval–Funktion / Immediate-Function wird zur Übersetzungszeit ausgeführt.
Immediate-Functions können als Alternative zu Makros angesehen werden.
Man kann Variablen als constexpr deklarieren, es gibt jedoch keine Möglichkeit zum Deklarieren von consteval-Variablen.

Das Schlüsselwort constinit garantiert, dass eine Variable während der Übersetzungszeit initialisiert wird, wodurch die Leistung verbessert wird, da keine dynamische Initialisierung erforderlich ist.
constinit erzwingt die Initialisierung statischer oder threadlokaler Variablen zur Übersetzungszeit mit einem konstanten Wert.
Mit constinit ist man in der Lage, das so genannte „Static Order Initialization Fiasco” zu begrenzen, indem vorkompilierte Werte in einer genau definierten Reihenfolge verwendet werden im Gegensatz zu einer dynamischen Initialisierung, die vom Linker abhängig ist.
Im Gegensatz zu const oder constexpr bedeutet constinit nicht, dass das Objekt unveränderlich ist.
Im Gegenteil: constinit kann nicht in konstanten Ausdrücken verwendet werden!